[发明专利]一种连续变马赫数试验用超声速风洞

说明书

本发明涉及一种连续变马赫数试验风洞，包括风洞、调节板、模型支撑装置和边界层隔板；调节板通过运动控制机构连接在洞顶壁上，该运动控制机构能够控制调节板相对于洞顶壁上下移动，并还能够控制调节板相对于洞顶壁向下翻转；模型支撑装置设置在调节板的下端面，且随着调节板移动；模型支撑装置用于安装模型，且模型支撑装置能够调整模型的空间姿态；在风洞底壁上平行设置所述边界层隔板吗，边界层隔板用于隔离低速气流。本发明采用在试验段内利用调节板平面斜激波后均匀气流直接进行流场马赫数控制和调节的思想，结构简单，成本低，连续变马赫数响应快，变化速率可调范围宽。

技术领域

本发明是一种连续变马赫数(Ma)试验用超声速风洞，属于风洞试验技术领域。

背景技术

连续变马赫数风洞试验能力对常规超声速飞行器在加减速飞行过程中的气动性能研究至关重要，同时对采用组合动力的高马赫数飞行器在动力模态转换过程中的动态气动特性等研究也具有重要意义。现阶段，常规连续变马赫数风洞试验主要集中在通过机械调节机构改变风洞喷管部件的几何外形、相对位置或通过改变试验段气体的比热比物理属性来间接改变气流的马赫数等方法。例如，采用旋转喷管型面，喉道塞锥、喷管型面前后移动(对非对称喷管)、柔壁喷管、喷管出口多段拉伸以及通过机构直接改变喷管倾斜角等方法均可实现对试验段内气流马赫数进行连续调节。由于风洞喷管属于非常精密的部件，其气动型面的微小变化对风洞流场品质影响很大，同时喷管尺寸相对风洞主体结构较大，因此该类方法在机械结构设计和控制等方面均非常复杂，同时成本代价也较高。而对于通过变比热比的方式来实现风洞连续变马赫数的方法，虽然可直接利用不同试验气体的比热比不同来改变固定几何喷管出口的压力和温度，进而改变马赫数，因此结构较为简单，但其马赫数可调节变化范围较窄，同时使用不同工质气体掺混以连续改变气体的比热比物理属性所带来的气动特性影响尚不太清楚，另外也涉及到相应特殊气体的储存、运输以及回收等多方面问题需要解决。因此亟需探索其它更为简单实用的连续变马赫数试验方法，以满足工程应用需求。

发明内容

本发明主要针对传统连续变马赫数风洞试验方法需要调节喷管喉道等所带来的机械结构复杂、控制精度以及成本均较高等问题，结合如何在试验段内利用调节板平面斜激波后均匀气流直接进行流场马赫数控制和调节的思想。

本发明的一种连续变马赫数试验风洞，包括风洞、调节板、模型支撑装置和边界层隔板；调节板通过运动控制机构连接在洞顶壁上，该运动控制机构能够控制调节板相对于洞顶壁上下移动，并还能够控制调节板相对于洞顶壁向下翻转；模型支撑装置设置在调节板的下端面，且随着调节板移动；模型支撑装置用于安装模型，且模型支撑装置能够调整模型的空间姿态；在风洞底壁上平行设置所述边界层隔板吗，边界层隔板用于隔离低速气流。

进一步的，所述的调节板为梯形板。

进一步的，所述调节板的梯形板小端为前端，大端为翻转中心。

本发明的优点在于：

1)采用在试验段内利用调节板平面斜激波后均匀气流直接进行流场马赫数控制和调节的思想，结构简单，成本低，连续变马赫数响应快，变化速率可调范围宽；

2)在可调板运动过程中采用平动+转动的组合方式，在进行转动调节前先脱离壁板边界层区域，可保证可调板斜激波波后的可试验区域气流均匀；

3)在调节板斜激波打到的风洞壁板的位置附近采用边界层隔板设计，保证调节板在转动过程中所产生的斜激波能始终打到该隔板上，消除其与风洞壁板厚边界层之间的不利相互干扰，试验段内的流场结构优。同时与所采用的特殊梯形调节板相配合，可优化风洞的起动能力，获得最宽的连续变马赫数范围和最大可用流场区域。

附图说明

图1为本发明的风洞结构示意图；

图2为本发明的风洞结构另一示意图；